以太网交换机结构和原理
4.以太网及交换机的工作原理
局域网标准( ):IEEE802标准集 局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理 •IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务 •IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范 •IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus •IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring •IEEE802.6-------城域网 •IEEE802.7-------宽带局域网 •IEEE802.8-------光纤技术 FDDI •IEEE802.9-------综合数据话音网络 •IEEE802.10------网络安全与保密 •IEEE802.11------无线局域网 •IEEE802.12------需求优先 •IEEE802.13 ------(未使用) •IEEE802.14 ------电缆调制解调器 •IEEE802.15 ------无线个人网 •IEEE802.16 ------宽带无线接入 •IEEE802.17 ------可靠个人接入技术
交换机的工作原理 mac地址表的形成过程 mac地址表的形成过程 数据帧的转发/ 数据帧的转发/过滤
地址学习
MAC地址表 地址表 初始的MAC地 初始的MAC地 址表为空 E0: E1: E2: E3:
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
E0
E1
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22
《以太网交换基础》课件
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复杂性
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云计算
《以太网交换基础》PPT
课件
网络交换技术是现代计算机网络的核心，本课件将详细介绍以太网交换的基
础知识、原理和应用。
以太网交换基础介绍
了解计算机网络的基本概念和传输介质，掌握以太网交换的定义和作用。
以太网交换的原理和概念
1
MAC 地址
2
帧转发和过滤
3
无碰撞传输
了解 MAC 地址的作用和
掌握交换器利用 MAC 地
介绍交换器的管理接口，
讲解交换器的基本配置，
探索交换器的监控功能和
如控制台端口、Web 管理
如端口速度和双工模式。
故障排除方法，如端口监
界面和远程管理。
控和链路聚合的故障排查。
以太网交换的优缺点和应用
优点
缺点
应用场景
•
高速数据传输
•
网络安全性
•
企业局域网
•
低成本
•
广播风暴
•
数据中心
•
灵活性和可扩展性
10/100 交换机
高速交换机
软件定义网络（SDN）
回顾以太网交换器从最初的
介绍10GbE、40GbE和
展望SDN对以太网交换技术
10/100Mbps到后来的千兆交
100GbE等高速以太网交换技
的前景和变革。
换技术的演进。
术的发展。
以太网交换器的配置和管理
1
交换器管理接口
2
交换器配置
换器如何通
结构，理解以太网数据帧
址表进行帧转发和过滤的
过隔离链路和广播域实现
和帧头中的源 MAC 和目
过程。
以太网交换机原理动画演示
以太网交换机原理动画演示以太网交换机是计算机网络中非常重要的设备，它起到了连接各种网络设备的关键作用。
为了更好地理解以太网交换机的工作原理，下面我将通过动画演示的方式来详细介绍。
1. 动画开始进入动画演示，我们首先看到一个以太网交换机的示意图。
交换机由多个端口组成，每个端口都可以连接一个网络设备，如计算机、服务器等。
2. 帧的传输在动画中，我们可以看到有多个设备同时向交换机发送数据帧。
数据帧是网络通信中最基本的单位，它包含了源MAC地址、目的MAC 地址、数据等信息。
3. MAC地址和端口的映射交换机接收到一个数据帧后，会先读取其中的目的MAC地址。
它会查找自己的转发表，判断目的MAC地址所对应的端口。
如果表中有对应的记录，交换机会将数据帧直接转发到目标端口；如果表中没有对应的记录，交换机则会进行广播操作。
4. 广播和学习过程在动画中，当交换机发现没有对应的记录时，它会将数据帧广播到所有的端口上，这样所有连接在交换机上的设备都能收到该数据帧。
同时，交换机还会将源MAC地址和接收到该帧的端口记录在转发表中，这样下次如果有数据要发送给该MAC地址，交换机就能够根据表中的记录直接转发，而无需进行广播操作。
5. 学习和转发表的更新在动画的演示中，我们可以看到转发表会不断地更新。
当交换机接收到一个数据帧时，它会查找源MAC地址在转发表中的记录。
如果有对应的记录，则更新记录中的端口信息；如果没有对应的记录，则添加一条新的记录。
这样，交换机能够根据最新的转发表信息来决定如何转发数据帧。
6. 数据的转发根据转发表的信息，交换机会将数据帧直接转发到目标端口，而无需广播到所有的端口上。
这样，交换机提供了高效的数据转发，避免了数据在网络中的冲突和碰撞。
7. 动画结束通过动画演示，我们对以太网交换机的工作原理有了更深入的了解。
交换机的核心功能是通过学习和转发表的维护，实现了有效的数据转发。
它使得网络通信更加高效可靠，成为了现代计算机网络中不可或缺的设备。
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理
以太网交换机是一种用于局域网的网络设备，它可以实现局域网内部计算机之
间的数据交换和通信。
它的工作原理主要包括数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离等方面。
下面我们将详细介绍以太网交换机的工作原理。
首先，以太网交换机通过端口连接各个计算机，当一台计算机发送数据帧时，
交换机会接收到这个数据帧，并通过目的地址来确定应该将数据帧转发到哪个端口。
这样，交换机可以实现数据帧的精确转发，避免了广播风暴和网络拥堵的问题。
其次，以太网交换机还具有地址学习的功能。
当交换机接收到一个数据帧时，
它会学习源地址和端口的对应关系，并将这个信息存储在转发表中。
这样，在下次需要发送数据帧时，交换机就可以根据目的地址在转发表中查找对应的端口，从而实现数据帧的快速转发。
此外，以太网交换机还可以实现流量控制。
当交换机接收到大量的数据帧时，
它可以通过缓存和队列管理来控制数据的流量，避免网络拥堵和数据丢失的问题。
这样可以保证网络的稳定性和可靠性。
最后，以太网交换机还可以实现碰撞域隔离。
在以太网中，如果多台计算机同
时发送数据帧，就会产生碰撞，从而影响网络的正常运行。
而交换机可以通过端口隔离的方式，将不同的计算机划分到不同的碰撞域中，从而避免了碰撞的发生，提高了网络的传输效率。
综上所述，以太网交换机通过数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离
等功能，实现了局域网内部计算机之间的快速、稳定和可靠的数据交换和通信。
它在现代网络中起着非常重要的作用，是局域网中不可或缺的网络设备之一。
以太交换机工作原理
以太交换机工作原理以太交换机是一种网络设备，用于在局域网中传输数据包。
它的工作原理是基于以太网技术，能够实现数据包的快速转发和交换。
本文将详细介绍以太交换机的工作原理，包括数据包的转发过程、交换机的工作模式和数据包的过滤功能。
1. 数据包的转发过程以太交换机通过学习和转发数据包来实现局域网中不同设备之间的通信。
当一台设备发送数据包时，交换机会根据数据包中的目标MAC地址来确定数据包的转发路径。
如果交换机已经学习到了目标设备的MAC地址，它会直接将数据包转发到目标设备所在的端口；如果交换机还没有学习到目标设备的MAC地址，它会将数据包广播到所有端口，以便目标设备能够收到数据包并进行响应。
当目标设备响应后，交换机会学习到目标设备的MAC地址，并将其记录在转发表中，以便下次能够直接转发数据包。
2. 交换机的工作模式以太交换机有两种工作模式：存储转发模式和直通模式。
在存储转发模式下，交换机会先接收整个数据包，然后进行校验和处理，最后再将数据包转发出去。
这种模式可以确保数据包的完整性和正确性，但会增加延迟。
在直通模式下，交换机会在接收到数据包的同时进行转发，这样可以减少延迟，但无法进行校验和处理。
根据实际需求，用户可以根据需要选择不同的工作模式。
3. 数据包的过滤功能以太交换机还具有数据包的过滤功能，可以根据源MAC地址、目标MAC地址、源IP地址、目标IP地址等信息对数据包进行过滤和转发。
通过设置不同的过滤规则，用户可以实现对特定数据包的转发控制，从而提高网络的安全性和效率。
例如，用户可以设置只允许特定MAC地址的设备进行通信，或者禁止某些IP地址的设备进行通信。
总之，以太交换机是一种能够实现数据包快速转发和交换的网络设备，其工作原理基于以太网技术，包括数据包的转发过程、交换机的工作模式和数据包的过滤功能。
通过了解以太交换机的工作原理，用户可以更好地理解和使用这种网络设备，提高局域网的通信效率和安全性。
ethernet switch工作原理
ethernet switch工作原理一、引言Ethernet switch（以太网交换机）是现代网络中常见的设备，它在局域网中起到连接多个设备的作用。
本文将介绍以太网交换机的工作原理，包括其基本功能、数据转发机制和工作模式。
二、基本功能以太网交换机是用来构建局域网（LAN）的关键设备之一。
它主要有两个基本功能：数据帧的转发和广播域的隔离。
1. 数据帧的转发当一个数据帧进入以太网交换机的端口时，交换机会读取帧中的目标MAC地址。
根据交换机的转发表，交换机会将该帧转发到相应的端口，以便达到目标设备。
这种转发方式被称为无碰撞、无冲突和无广播的点对点通信。
2. 广播域的隔离以太网交换机能够将局域网分割成多个互相隔离的广播域。
当一个设备发送广播帧时，交换机会将该广播帧发送到所有其他端口，以确保它能够被局域网中的所有设备接收到。
然而，交换机会阻止广播帧跨越不同的广播域，以避免广播风暴和网络拥塞。
三、数据转发机制以太网交换机的数据转发机制是其工作原理的核心。
它通过学习和转发机制来实现数据的高效转发。
1. 学习机制当一个数据帧进入交换机的端口时，交换机会将源MAC地址和其所在端口的映射关系记录在转发表中。
这个过程称为学习机制。
通过学习机制，交换机能够了解到哪个MAC地址位于哪个端口，从而在转发数据时能够快速定位目标端口。
2. 转发机制当交换机接收到一个数据帧时，它会通过目标MAC地址查找转发表，找到目标地址对应的端口。
如果转发表中存在该目标地址的记录，交换机会将数据帧转发到相应的端口。
如果转发表中不存在该目标地址的记录，交换机会将该数据帧广播到所有其他端口，以便学习到新的MAC地址。
四、工作模式以太网交换机有两种常见的工作模式：存储转发和剪辑转发。
1. 存储转发存储转发是一种保证数据帧完整性的转发模式。
当交换机接收到一个数据帧时，它会先将整个数据帧存储在缓冲区中，然后再进行校验和处理。
只有当数据帧没有错误时，交换机才会将该帧转发出去。
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理主要分为三个步骤，即学习MAC地址、建立转发表和数据转发。
首先，交换机会通过学习MAC地址来建立转发表。
当一个数
据帧到达交换机时，交换机会查看数据帧首部中的源MAC地址，并将其与一个特定的端口关联。
如果该地址之前没有在转发表中出现过，交换机会将该地址与到达的端口关联起来，并在转发表中添加一条新的记录。
如果该地址已经存在于转发表中，交换机会更新该地址的关联端口。
接下来，交换机会根据转发表中的信息建立转发表。
转发表记录了到达交换机不同端口的MAC地址。
当交换机收到数据帧时，它会查看该数据帧首部中的目的MAC地址，并在转发表
中查找该地址的关联端口。
如果找到了目的MAC地址的关联
端口，交换机会直接将数据帧转发到该端口，而不会在其他端口上进行广播。
如果找不到目的MAC地址的关联端口，则交
换机会在所有端口上进行广播，以确保所有端口都能接收到数据帧。
最后，交换机会进行数据转发。
当交换机接收到一个数据帧时，它会根据转发表中的信息将该数据帧转发到目的MAC地址的
关联端口上。
交换机会利用硬件的转发表进行快速的转发，以确保数据帧能够以最快的速度到达目的地。
通过以上的学习MAC地址、建立转发表和数据转发的过程，
以太网交换机可以实现对数据帧的快速、准确的转发，提高了局域网的传输效率和带宽利用率。
以太网交换机的工作原理及功能
以太网交换机是数据链路层的机器，是基于以太网传输数据的交换机，使用物理地址（MAC地址），48位，6字节。
其工作原理为：当接受到一个广播帧时，它会向除接受端口之外的所有端口转发。
当接受到一个单播帧时，检查其目的地址并对应自己的MAC地址表，如果存在目的地址，那么转发，如果不存在那么泛洪（广播），广播后如果没有主机的MAC地址与帧的目的MAC地址相同，那么丢弃，假设有主机相同，那么会将主机的MAC自动添加到其MAC地址表中。
交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。
每个端口如果有大量数据发送, 那么端口会先将收到的等待发送的数据存储到寄存器中,在轮到发送时再发送出去。
以太网交换机的应用非常广泛，在大大小小的局域网中都可以见到它们的身影。
例如丰润达系列以太网交换机，性能稳定，档次齐全，价格优势，应用最为普遍。
另外以太网交换机端口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M、1000M的带宽、提供半双工、全双工、自适应的工作方式等。
以太网交换机的主要功能：
1、学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
2、转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧那么转发至所有端口）。
3、消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议防止回路的产生，同时允许存在后备路径。
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自协商基本页信息
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Message Type Ethernet=00001 10BASE-T半双工 10BASE-T全双工 100BASE-TX半双工 100BASE-TX全双工 100BASE-T4 流控支持 远程故障指示 确认 下一页指示
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标准以太网
标准以太网（10Mbit/s）的网络定位
模型分类 接入层 汇聚层 核心层 网络定位
最终用户和接入层交换机之间的连接 通常不使用 通常不使用
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FL-004 以太网交换机结构及原理
客户技术服务部门
http//:
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汇报内容
交换机原理及硬件结构
概述
1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。其实，交换技术 是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技 术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样，交换机按每一个包中的 MAC地址相对简单地 决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交 换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。 交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶 颈问题。现在已有以太网、快速以太网、 FDDI和ATM技术的交换产品。 类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网 域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安 装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的 硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网 络变化的操作。 利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥 接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有 64个八进制数的数据包，可提供 14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太 网交换器必须提供89280bps 的总体吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps/道信息流）。专用集成电 路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。
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以太网连接需求
以太网连接必须保证网络的性能
•网络带宽 •网络时延
以太网的性能需求主要取决于不同的应用
•电子邮件 •文件传输 •实时语音、视频
网络性能取决于许多不同的因素。其中一个重要因素就是用来 连接设备的线缆的类型。
与没有自协商机制的设备连接
不使用自协商机制会出现以下情况：
• • •
无法实现端口的10/100M速率自适应 无法确定双工工作模式 无法确定是否需要流量控制功能
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自协商优先级
优先级顺序
A
工作方式
100BASE-TX全双工 100BASE-T4 100BASE-TX 10BASE-T全双工 10BASE-T
万兆以太网传输距离
技术标准
10GBaseCX4 4对铜轴电缆
线缆类型
传输距离
15m
300m 10km 40km
10GBase-S 多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光 10GBase-L 单模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为1310nm的激光 10GBase-E 单模光纤，9um光纤，使用波长为1550nm的激光
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解决以太网连接带宽问题
为用户增加带宽的几种方法： 增加网络的总体带宽
• •
组建交换式以太网，带宽独享 增加链路速率，10M-100M-1000M-10000M
减少在同一共享介质线缆段上的设备数量
减少用户
RAM（随机访问存储器）:IOS将随机访问存储器分成共享和主存， 主要用来存储运行中的交换机配置；
FLASH (闪存)：用来存储IOS软件映像文件，闪存是可以擦除内 存，它能够用IOS的新版本覆写. NVRAM（非易失性随机访问存储器）：用来存储系统的配置文 件。 交换机的IOS升级主要是闪存中的IOS映像文件进行更换。
交换架构的演进
分布式CrossBar架构
核心交换机的交换容量现已发展到了几百个Gbps，同时支持多个万兆接口并规 模应用在城域网骨干和园区网核心。分布式的CrossBar架构很好地解决了在新 的应用环境下核心交换机所面临的高性能和灵活性的挑战。
也就是说，除了交换网板采用了CrossBar架构之外，在每个业务板上也采用了 CrossBar+交换芯片的架构。在业务板上加交换芯片可以很好地解决了本地交换 的问题，而在业务板交换芯片和交换网板之间的CrossBar芯片解决了把业务板 的业务数据信元化问题，从而提高了交换效率，并且使得业务板的数据类型和交 换网板的信元成为两个平面，也就是说可以有非常丰富的业务板，比如可以把防 火墙、IDS系统、路由器、内容交换、IPv6等等类型的业务整合到核心交换平台 上，从而大大提高了核心交换机的业务扩充能力。 同时，这个CrossBar有相应的高速接口，分别连接到两个主控板或者交换网板， 从而大大提高了双主控主备切换的速度。
快速以太网传输距离
技术标准
100BaseTX 100BaseT4
线缆类型
EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞2对 EIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对 多模光纤（MMF）线缆
传输距离
100m 100m 550m-2km 2km-15km
100BaseFX 单模光纤（SMF）线缆
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自协商
100Mb/s自协商 100Mb/s全双工
端口2自动协商 端口3自动协商
10Mb/s自协商
端口1自动协商
端口4自动协商 端口5自动协商
10Mb/s全双工 10Mb/s半双工
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Reserved
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自协商信号
约100ns 时 钟 约62.5μs
数 据 位 0
数 时 据 钟 位 1
……
约2ms
数 据 位 13
数 时 据 钟 位 14
时 钟
整个报文按16ms间隔重复，直到自协商完成
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千兆以太网传输距离
技术标准
1000BaseT
线缆类型
铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对
传输距离
100m
25m 550m/275m 2km-15km
1000BaseCX 铜质屏蔽双绞线 1000BaseSX 多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光 1000BaseLX 单模光纤，9um光纤，使用波长为1310nm的激光
快速以太网
快速以太网（100Mbit/s）的网络定位
模型分类 接入层
网络定位
为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入 提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚层到核心层 的连接，提供高速服务器的连接 提供交换设备间的连接
汇聚层
核心层
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基于总线结构的交换机一般分为共享总线和共享内存型总线两大类。
共享内存结构的交换机使用大量的高速RAM来存储输入数据，同时依赖中心交换 引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这类 交换机设计上比较容易实现，但在交换容量扩展到一定程度时，内存操作会产生 延迟；另外，在这种设计中，由于总线互连的问题增加冗余交换，引擎相对比较 复杂。所以这种交换机如果提供双引擎的话，要做到非常稳定相对比较困难。所 以我们可以看到，早期在市场上推出的核心交换机往往都是单引擎，尤其是随着 交换机端口的增加，由于需要内存容量更大，速度也更快，中央内存的价格变得 很高。交换引擎会成为性能实现的瓶颈。
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交换架构的演进
CrossBar+共享内存架构 CrossBar（即CrossPoint）被称为交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵。它能很好的弥补 共享内存模式的一些不足。 首先，CrossBar实现相对简单。共享交换架构中的线路卡到交换结构的物理连接简化为 点到点连接，实现起来更加方便，从而更容易保证大容量交换机的稳定性； 其次，CrossBar内部无阻塞。只要同时闭合多个交叉节点（crosspoint），多个不同的 端口就可以同时传输数据。从这个意义上，我们认为所有的 CrossBar在内部是无阻塞的， 因为它可以支持所有端口同时线速交换数据。
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千兆以太网
千兆（1000Mbit/s）以太网网络定位
模型分类 接入层 汇聚层 核心层
一般不使用 提供接入层和汇聚层设备间的高速连接 提供汇聚层和高速服务器的高速连接，提供核心 设备间的高速互联